第 五 章 混 凝 土

第 五 章 混 凝 土

 教学目的与要求：



了解水泥混凝土的地位、基本组成材料及作用、混凝土的分类；

 掌握普通混凝土的组成材料：水泥的合理选用；对骨料的一般质量要求；砂、石颗粒特征及级配；混凝土用水要求；

 掌握混凝土拌和物和易性的概念及测定方法；

 掌握混凝土强度等级的评定及影响因素；

 了解混凝土变形性能及耐久性能；

 了解外加剂的种类、作用；

 熟练掌握混凝土配合比的设计；  了解其他品种的混凝土性能及应用；  重点、难点：

 普通混凝土配合比的设计；

5.1 混凝土概述

*当今世界上用量最大的人工建筑材料*

 混凝土的定义：

混凝土是由胶凝材料、粗细骨料、水及其他外加剂按照适量的比例拌制成拌合物，经过凝结、硬化得到的人造石材。 *在土木工程中，应用最广泛的是水泥混凝土：以水泥为胶凝材料，以砂、石为骨料，加水拌制成的混合物，经过一定时间硬化而成的水泥混凝土。 5.1.1 水泥混凝土的分类 一、混凝土按表观密度分类

 特重混凝土（ >2500kg/m3)

0 普通混凝土（1900< <2500kg/m3) 0 轻混凝土（600< <1900kg/m3) 0 特轻混凝土( <600 kg/m3)

0二、混凝土按胶凝材料分类 水泥混凝土: 在土木工程中应用最广泛； 沥青混凝土：在公路工程中应用较多； 石膏混凝土、聚合物混凝土等； 三、混凝土按用途分类 结构用混凝土； 道路混凝土； 特种混凝土； 耐热混凝土 耐酸混凝土等

四、混凝土按施工方法分类

预拌混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土等

五、混凝土按强度分类

高强～、超高强～、低强～等

5.1.2 混凝土的优缺点

一、优点：

①原材料丰富，成本低：混凝土中80%以上的是砂、石子， 资源十分丰富。 ②良好的可塑性：利用模板可以制成任何形状、尺寸的构件。

③可调配性好：改变材料品种及配比。 ④高强度：抗压强度一般为20~40MPa.高的可达80~120MPa。

⑤良好的耐久性：有抗冻、抗渗、抗风化、抗腐蚀等性能，比钢材、木材更耐久。

⑥可用钢筋增强：二者热膨胀系数相近，受力特点互补。

⑦耐火性能好：远优于木材、钢材、塑料。

⑧生产工艺简单，能耗低：可浇筑成整体建筑提高抗震性，也可预制成构件进行安装。 二、缺点：

1. 自重大，比强度小：采用轻骨料克服。

2. 抗拉强度低，脆性大：掺纤维、聚

合物提高韧性。

3. 热导率大，保温隔热差：密闭均匀

气泡改善。

4. 硬化较慢，生产周期较长：快硬水

泥、外加剂等。

5.2 普通混凝土的组成材料

“包裹、填充，润滑作用” “骨架作用” 思考题：混凝土中四种组成材料的作用各是什么？

①水泥：根据需要选用不同品种水泥。 ②骨料：普通混凝土所用的骨料一般按照粒径的大小分为两种：粗骨料和细骨料

（1）粗骨料：颗粒粒径大于4.75mm的颗粒；

混凝土用粗骨料通常有碎石和卵石两种 （2）细骨料：颗粒粒径介于0.15--4.75mm的颗粒。

细骨料一般有人工砂及天然砂（河砂、海砂、山砂）两类 ③水：饮用水即可。

5.2.1 混凝土组成材料的作用 一、水和水泥形成的水泥浆： 1、骨料间的胶结作用 2、骨料间的润滑作用

3、填充骨料间的空隙的作用 4、水泥的强度匹配。 二、细骨料（砂）：

1、填充石子间空隙，形成水泥砂浆包裹石子减少摩擦

2、构成混凝土的骨架.

三、粗骨料（石子）：骨架作用

5.2.1 混凝土组成材料的技术要求 一、水泥：

1、水泥品种的选择：

水泥的品种主要是根据工程的特点、施工特点以及环境条件，按第四章P32表4.6选择。

2、水泥强度等级的选择：

水泥的强度等级一般以为混凝土强度等级标准值的1.5~2倍。

如设计C25强度等级的混凝土，一般选择42.5、42.5R强度等级的水泥。 当混凝土强度：

≤C30：fce=(1.5~2.0)fcu ＞C30：fce=(0.9~1.5)fcu 补充：

若水泥标号过低时,为满足强度要求必然使水泥用量过大,不够经济; 若水泥标号过高时,较少的水泥用量就可以满足混凝土强度的要求.,但往往不能满足混凝土拌和物和易性和混凝土耐久性的要求,为保证这些性质,还必须再增加水泥,因而也不经济。 二、细骨料(粒径在0.16¡ª5mm之间的岩石颗粒称)

1、种类极其特征

1）天然砂（河砂、山砂、海砂）:由天然岩石经长期风化等自然条件作用而形成的。

河砂：表面洁净、光滑、比表面积小，拌制的混凝土的和易性好；耗用的水泥浆少，比较经济，但混凝土的强度略低 山砂：基本与河砂是相反的 海砂：对混凝土会产生腐蚀

2）人工砂:将天然岩石轧碎而成。 其颗粒棱角多，较洁净，但片状颗粒及细粉含量较多，且成本较高，一般只在当地缺乏天然砂源时才采用人工砂。 2、有害杂质的种类及含量

种类：云母片、淤泥、有机物等 具体规定详见教材P49表5-2、5-3 3、砂的粗细程度和颗粒级配

适当的粗细程度和良好的级配，不但能减少水泥用量，

而且提高混凝土的密实度、强度等性能。

通常采用筛分析法评定砂的总表面积和空隙率。

用粗细程度表示砂总表面积大小； 用颗粒级配表示砂砾间空隙率大小 。 ai：分计筛余率 各筛上的分计筛余量占

砂样总质量（500g）的百分率，即

ai =mi/500 累计筛余率 各筛与比该筛粗的所Ai：

有分计筛余率之和。即

i

Aiaj j11）砂的粗细程度：指不同粒径的颗粒混合物的平均粗细程度。

一般不宜过粗，但也不宜过细

砂子通常分为—粗砂、中砂、细砂和特细砂等几种。

在相同用砂量条件下，细砂的总表面积较大，粗砂的总表面积较小。在混凝土中砂子表面需用水泥桨包裹，赋予流动性和粘结强度，砂子的总表面积愈大，则需要包裹砂粒表面的水泥桨就愈多。一般用粗砂配制混凝土比用细砂所用水泥为省。

2）砂的颗粒级配：指骨料中不同粒径颗粒的分级搭配情况。

在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。

3）粗细程度和颗粒级配的评定：

砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的级配，用细度模数表示沙的粗细。 ①细度模数的计算

具体操作方法：将500g干砂，依次通过一套孔径为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、0.30mm和0.15mm的六个标准筛，测量各筛筛余量的质量mi，计算出各筛的分计筛余量和累计筛余量。

**砂的筛分析法的几个概念： 分计筛余量 mi ：砂子通过六个标准筛时各筛上的筛余量，即 mi (其中i=1,2,3,4,5,6)；

**砂的颗粒级配评定标准：  砂的颗粒级配评定：P51表5.5 标准规定，按0.60mm的筛孔的累计筛余百分率

分为三个级配区： I级配区砂： =A4（85--71）%；

II级配区砂：A =

4（41--70）%；

III级配区砂： =

A4（16--40）%。

砂的粗细程度判断标准：

砂的粗细程度用细度模数 表示：

普通混凝土优先使用中砂 MX =3.0~2.3；

例题：评定该砂级配情况和细度模数：

作用而形成的粒径大于5mm的颗粒，按其产源可分为河卵石、海卵石、山卵石等几种，其中河卵石应用较多。表面洁净、光滑、比表面积小，拌制 经上面的计算可知：

 甲砂为II级配区、中砂。

4、砂的坚固性

定义：是指砂在气候、环境或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。 按标准规定，天然砂用硫酸钠溶液检验，砂样经5次循环后其质量损失应符合书中表5-7的规定，人工砂采用压碎指标法进行实验，压碎指标值不得小于表5-7的规定。 5、砂的基本物理性质

1）密度、表观密度、堆积密度

2）含水状态：干燥状态、气干状态、饱和面干状态、湿润状态

气干状态（air-dried condition）：材料或制品在大气中干燥使其含水率达到相对稳定时的含水状态。此时的含水率与材料孔隙结构、初始含水率、空气的温度和湿度等有关。

饱和面干状态:当骨料颗粒表面干燥,而颗粒内部的孔隙含水饱和时,称为饱和面干状态,此时的含水率,称为饱和面干吸水率. 三、粗 骨 料（粒径＞5mm的岩石颗粒）1、分类：卵石（砾石） 碎石

卵石——是由天然岩石经自然条件长期

的混凝土的和易性好；耗用的水泥浆少，比较经济，但混凝土的强度略低 碎石——由天然岩石经破碎、筛分而成，也可将大卵石轧碎、筛分而得。 标准：《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验办法》（JGJ53－92） 2、有害杂质含量

3、石子的粒性、最大粒径、颗粒级配 1）粒形：圆形或方形

2）最大粒径DM与颗粒级配评定石子粒径D的一般范围： 4.75mm建筑工程中考虑最大粒径Dmax的意义： （1）在石子质量m相同时，当增大颗粒的最大粒径Dmax时，其表面积减小； （2）用较大Dmax石子制做混凝土拌和物时，可以节约水泥的用量，因此比较经济。 （3）故在混凝土设计中，尽可能选用最大粒径Dmax较大的石子。 （3）从经济上考虑：

当Dmax 增大时，水泥用量减少，但是从下面曲线可见，当

Dmax>150mm时，节约水泥的效果不明显。所以最大粒径不宜超过150mm。

**建筑工程中混凝土用石子的最大粒径

Dmax大致选择范围：

一般水利、海港等大型工程中: 混凝土用石子最大粒径Dmax采用120mm或150mm;

一般房屋建筑工程中:

混凝土用石子的最大粒径Dmax一般采用20mm、31.5 mm、40mm和60mm。 3）石子的颗粒级配：

定义：是指石子中不同石子粒径的搭配分布情况。

石子的颗粒级配与砂子一样，也是采用筛分析法来确定的，其标准筛的孔径为2.36、4.75、9.50、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0和90mm共12个筛.

粗骨料的颗粒级配应满足P61表5.6 。

石子的颗粒级配按供应情况分为连续级配和单粒级配两种。

 连续级配：是按颗粒尺寸由大到小连续分级（4.75mm-Dmax),每一级粗骨料都有适量的比例。

 单粒级配（间断级配）：在连续级配中剔除一个（或几个）粒级，形成形成一种级配不连续的矿质混合料，这中矿质混合料所具有的级配称为间断级配，即筛分曲线出现水平段。当粗颗粒最大粒径大于37.5mm时，粗颗粒的级配很不稳定、很不连续，此时的石子搭配很不均匀。

 一般在混凝土配合比设计中，应优先选用连续级配；一般不宜选用”单一”的单粒级来设计混凝土。 4、石子的的坚固性和强度 1）坚固性：用Na2SO4溶液进行浸渍循环，其重量损失值 2）强度：

①立方体抗压强度≥fcu的1.5倍 ②压碎指标y

yG0G1G100% 0四、混凝土用水

混凝土用水的基本质量要求是：

*不能含影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质；

*不得影响混凝土强度的发展和耐久性。 *不得加快混凝土用钢筋的锈蚀和脆断； *保证混凝土的表面不受污染。

现实生活中，凡是可以饮用的自来水和清洁的天然水，都可以用来拌制和养护混凝土。 思考：海水能否用来拌制钢筋混凝土？为什么？

5.3 混凝土拌合物的和易性 普通混凝土的主要技术要求是： （1）与施工条件相适应的和易性（工作

性）；

（2）符合设计要求的强度；

（3）与使用环境相适应的耐久性。

5.3.1 新拌混凝土的和易性： 一 、和易性的概念：

是指由水泥浆和骨料拌和而成的混凝土拌和物,在一定的施工条件下，便于各种施工工序（拌合、运输、浇灌和振捣）的操作，以保证获得均匀密实的混凝土的性能；  和易性的内容： 和易性包含流动性、粘聚性和保水性三方面的内容。 流动性、粘聚性和保水性的定义： 流动性：是指新拌混凝土在自重或机械振捣作用下，能产生流动，并均匀密实地填充到模板的各个角落的性能；

粘聚性：是新拌混凝土在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，使得混凝土不致发生分层和离析的性能； 保水性：新拌混凝土在施工过程中，保持水分不易析出的能力。 二、 和易性测定方法： 和易性的测定：

一般以测定混凝土拌和物的流

动性为主，辅以对粘聚性和保水性的观察，以判断新拌混凝土的和易性是否满足工程的需要。 流动性的测定方法：

主要有坍落度法和维勃稠度法

两种。

1、测定流动性的第一种方法：坍落度法 坍落度法：

将混凝土拌和物按规定的实

验方法装入标准的圆锥形筒（坍落筒）内，均匀捣平后，再将筒垂直向上快速（5~10s）提起，测量筒高与坍落后的混凝土试件最高点之间的高度差，即为该混凝土拌和物的坍落度值（以mm为单位，精确到5mm),通常用T表示。

坍落度反映的是混凝土拌合物流动性的好坏。 表5.10 混凝土浇灌时的坍落度(mm) 结构种类坍落度 基础或地面的垫层，无配筋的 大体积结构（挡土墙等）或配 筋较稀的结构； 板、梁和大中型截面的柱子 10~3030~50 50~70配筋密列的结构（薄壁、细柱 等） 70~90配筋特密的结构 思考题：坍落度的设计主要考虑哪些因 素？

混凝土拌和物的流动性通过坍落度法测

定以后，再观察混凝土拌和物的粘聚性

和保水性，以判断其和易性：

粘聚性的观察方法：

将捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面

轻轻敲打，如果混凝土锥体逐渐下降， 表示粘聚性良好，如果锥体倒塌或崩裂，

说明粘聚性不好；

保水性观察办法：

若提起坍落筒后发现较多浆体从筒 坍落度法适用的条件： 底流出，说明保水性不好。 仅适用于骨料最大粒径不大于2、测定流动性的第二种方法：维 勃 稠 40mm,且坍落度不小于10mm的混凝土度 法 拌和物。 适用范围：

仅适用于骨料最大粒径不超过40mm,3、组成材料的性质对和易性的影响

水泥对混凝土拌合物和易性的影且坍落度小于10mm的混凝土拌合物流动性的测定；  测定方法：

试验五 普通混凝土主要技术性能试验 P95

坍落度法的优点：坍落度法简单易行，且指标明确，故至今仍为世界各国广泛采用。

坍落度法的缺点：

（1）测定结果受操作技术的影响较大；（2）观察粘聚性与保水性时有主观因素的影响；

（3）该方法仅适用于骨料粒径小于40mm，且坍落度大于10mm的混凝土拌合物流动性的测定。 三、影响和易性的主要因素

1、水泥浆的数量和水灰比的影响： 在水灰比（W/C）一定的情况下，对同一体积的混凝土拌合物而言，水泥浆越多，流动性越好，但水泥浆数量过多时，会出现流浆现象，过少时，会导致粘性不良。

在水泥浆数量一定的情况下，水灰比（W/C）越大，拌合物的流动性越好，但W/C过大时，混凝土的粘聚性与保水性降低。

2、砂率的影响：

m砂sm100%

砂m石

响：主要是水泥品种和水泥水泥细度的影响：使用硅酸盐水泥以及普通水泥，流动性大，保水性好

水 泥越细，流动性越小，但保水性和粘聚性越好；

骨料的影响：级配越好的骨料，流动性越大；颗粒粒径越大，流动性越大； 4、时间、温度和湿度对和易性的影响

混凝土拌合物的流动性随温度的升高、时 间的延长而降低而变干稠，流动性降低；湿度小，拌合物水分蒸发会降低其流动性。

5、外加剂对和易性的影响 四、改善混凝土和易性的方法 1、通过试验，找到合理砂率 2、改善砂、石级配 3、在可能的情况下，采用较粗的砂、石 4、在坍落度过大时，可保持砂率不变，增加骨料；在坍落度过小时，可保持W/C不变，增加水泥浆的量 5、可掺入一定量的外加剂 总结：影响和易性的主要因素 工作性影响因素 组成材料 环境因素 水水 外加剂 骨温湿风时 最大粒径 砂吸水性 形级表面纹理

5.4 硬化混凝土的强度（抗压、抗拉、抗弯和抗剪强度） 一、 混凝土的立方体抗压强度和强度等级： 1、抗压强度fcu的测试： 标准试件尺寸：边长为150mm的立方体 标准养护条件; 温度2030c,相对湿度大于90% 养护时间：28day 计算公式：f=P/(150*150) cu2、混凝土的强度等级划分的标准： 按混凝土立方体抗压强度标准值确定  混凝土按照立方体抗压强度划分为9级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55等  我国目前建筑中采用的强度等级范围为： 强度等级 C30 工程应用 多用于基础工程或大体积混凝土； 多用于普通的钢筋混凝土构件 多用于大跨度结构或预制构件； 预应力钢筋混凝土或特种构件 (P指的是混凝土试件受压的破坏载荷) 如果实验使用的为非标准试件，则计算结果应乘换算系数； 试件尺寸 换算系数 立方体强度值 二、混凝土的轴心抗压强度（边长150mm的 1 立方体 fcu=P/(150*150） fcp） 边长100mm的 0.95 立方体 fcu=0.95*P/(100*100) 试件尺寸：150mm×150mm×300mm fcp≈（0.7～0.8）fcu 三、混凝土的抗拉强度（fts） 值很小，一般用来衡量混凝土的抗裂度指标,以及混凝土与钢筋的粘接力 ffcu=1.05*P/(200*200) ts≈(1/10～1/20) fcu 边长200mm的 1.05 立方体 [例] 边长为200mm的立方体某组混凝土试件，龄期为28d,测得破坏载荷分别为560kN 600kN,580kN,试计算该组试件的混凝土立方体抗压强度？ 解：计算公式为 fffff cucu=1.05*P/(200*200) =1.05*560/(200*200)=14.7MPa =1.05*600/(200*200)=15.75MPa =1.05*580/(200*200)=15.23MPa + 四、影响混凝土强度的主要因素  为了研究混凝土的强度影响因素，我们首先需了解混凝土的破坏形式：  混凝土受压破坏可能有以下三种形式：  骨料与水泥石界面的粘结破坏；  骨料本身发生劈裂破坏；  水泥石本身的破坏。 思考题：从混凝土的破坏形式，简述影响混凝土强度的主要因素有哪些 （1）水泥强度等级和水灰比的影响 cu1cu2cu3fcu,0afce(C/Wb) 所求的混凝土立方体抗压强度为： =(fcu1fcu2+fcu3)/3=15.23MPa a,b为回归系数，与石子的品种有关；凝土因缺水而停止水化，强度发展受阻。采用碎石时，a0.46,b0.07；

采用卵石时，a0.48,b0.33；fce表示水泥的实测强度，fce1.13fce,gfce,g表示水泥的强度等级；C/W表示混凝土的灰水比；

水灰比对混凝土强度的影响示意图

（2）骨料的影响；

水泥石与骨料的粘结力除了受水泥石强度的影响外，还与骨料（尤其是粗骨料）的表面状况有关。碎石表面粗糙，粘结力比较大，卵石表面光滑，粘结力比较小。因而在水泥强度等级和水灰比相同的条件下，碎石混凝土的强度往往高于卵石混凝土。

（3）养护温度和湿度对强度的影响： 养护环境温度高，水泥水化速度加快，混凝土早期强度高；反之亦然。若

温度在冰点以下，不但水泥水化停止，

而且有可能因冰冻导致混凝土结构疏

松，强度严重降低，尤其是早期混凝土

应特别加强防冻措施。为加快水泥的水化速度，采用湿热养护的方法，即蒸气养护或蒸压养护。 湿度通常指的是空气相对湿度。相对湿度低，混凝土中的水份挥发快，混

另一方面，混凝土在强度较低时失水过快，极易引起干缩，影响混凝土耐久性。一般在混凝土浇筑完毕后12h内应开始对混凝土加以覆盖或浇水。 （4）龄期对强度的影响； 例 4-1１ ．配制混凝土时，制作 ０cm×10cm×10cm立方体试件 ３块，在标准条件下养护7d 后，测得破坏荷140kN 载分别为、135kN、 140kN该混凝土 试估算28d的标准立方体抗压强度。 解 7ｄ龄期时： １０ｃｍ混凝土方体的平均强度为： 立 f140135140 100100313.8MPa 换算为标 准立方体抗压强度： f 713 .80.9513.1M ２８ｄ龄期时： （6）施工质量

施工质量的好坏对混凝土强度有非常重要的影响。施工质量包括配料准确，搅拌均匀，振捣密实，养护适宜等。任何一道工序忽视了规范管理和操作，都会导致混凝土强度的降低。 (7) 试验条件

试验条件对混凝土强度的测定也有直接影响。如试件尺寸，表面的平整度，加荷速度以及温湿度等，测定时，要严格遵照试验规程的要求进行，保证试验的准确性。

5.3.3 硬化混凝土的变形性能

化学收缩（1）非载荷作用下的变形温度变形干湿变形长期载荷下的徐变；2）载荷作用下的变形（短期载荷下的弹塑性变形；

5.3.4 硬化混凝土的耐久性（P77）  混凝土的抗渗性；  混凝土的抗冻性；  混凝土的抗腐蚀性；  混凝土的碳化；

 混凝土的碱-骨料反应； 思考题目：P98 5.2；5.8；5.12…………

5.2.4 混凝土外加剂

 掺入外加剂的目的：

在拌制混凝土的过程中，为改善混凝土的某些性能而特意掺入的物质，其掺量一般不大于水泥质量的5%。  国外外加剂的发展状况：

面前国外60%~90%的混凝土和砂浆中使用了外加剂，因此，外加剂在当前已经成为混凝土中除四种基本组成材料（胶凝材料、粗骨料、细骨料和水）以外的第五种重要组成材料。

外加剂按使用功能分四大类： 第一类外加剂：改善混凝土拌合物流变性能的外加剂：

减水剂：

在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下，加入减水剂可以减少用水量，并提高混凝土强度。

 我国常用的减水剂：M型减水剂（木质磺酸盐类减水剂）

 减水剂在混凝土中使用最普遍。 引气剂：  定义：

指在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。

 历史背景：引气剂于本世纪30年代出现于美国，被认为是混凝土材料发展进程中的重大发现，现广泛应用于工程中  我国常用的引气剂：松香树脂类。  引气剂的作用：

（1）改善混凝土拌和物的和易性； （2）能提高混凝土的抗渗性和抗冻性； （3）但降低混凝土的强度；

第二类外加剂：调节混凝土凝结时间和

硬化性能的外加剂： 缓凝剂：我国应用较多的有木质素磺酸钙和糖蜜； 速凝剂：我国应用较多的有红星一型、国产711；

早强剂：我国应用较多的有Nacl等 第三类外加剂：改善混凝土耐久性能的外加剂：

 加气剂：如铝粉等；  防水剂；

 阻锈剂：指能减少混凝土中钢筋的锈蚀。

第四类外加剂：改善混凝土其他性能的外加剂：

 膨胀剂：能使混凝土产生补偿收缩或微膨胀。

 防冻剂：能使混凝土在低温下免受冻害。  着色剂：

5.4 混凝土的质量控制与强度评定 重点介绍混凝土的配制强度：

（3）普通混凝土设计的基本要求：

（a）满足混凝土拌合物和易性的要求； fcu,ofcu,kt

(b）满足结构要求的强度等级；

我国目前规定，设计要求的混凝土配臵 （c）满足与使用环境相适应的耐久强度保证率为95%，由P81表5.11可知，性要求 t=1.5, 即混凝土的配臵强度计算公式： fcu,ofcu,k1.5 fcu,o表示混凝土的配置强度；fcu,k表示混凝土的设计强度；表示混凝土强度标准差，可查表

课堂思考题： 1）影响混凝土强度的主要因素有哪些？ 2）混凝土强度与水泥用量有无关系？ 3）普通水泥混凝土的7d强度约为同条件下28d的——。

a)25% b)40% c)65% d)75% 4)能不能说①区砂是粗砂区，②区砂是中砂区，③区砂是细砂区？

5.5 普通混凝土的配合比设计 (1) 配合比的定义：

指的是混凝土组成材料中各组成材料（水泥、水、砂子和石子）用量之比；

（2）配合比的表示方法：

通常用1m3混凝土各材料的质量来表示，

如1m3混凝土中，水泥：300kg, 水：180kg,砂子:720kg,石子:2400kg; 或以各种组成材料用量的比例来表示： 水泥：砂：石=1：2.4：4，

水灰比为0.60，其中水泥为300kg

（4）配合比设计的三个重要参数： （a）水灰比W/C：表示水与水泥的

用量之比；

（b）单位用水量：指的是1m3混凝

土中水的用量 （c）砂率： m砂smm100%

砂石配合比设计的三个重要参数：

水灰比W/C 单位用水量 砂率 s以上为普通混凝土配合比设计的一般步骤！

5.5.2 普通混凝土配合比设计的方法与

步骤

混凝土配合比设计一般分三步： 一、初步配合比的设计：

主要是利用经验公式或经验资料而获得的初步配合比；

二、实验室配合比的设计：

由初步配合比出发，经过实验调整，得出满足和易性、强度等要求的配合比；

三、施工配合比的设计：考虑砂、石的含水率，计算出满足施工要求的配合比

一、 初步配合比的设计： 1， 确定水灰比W/C:

（1）定义： 水灰比表示混凝土中水的用量与水泥用量之比；

（2）影响：水灰比的大小直接影响到混凝土的强度和耐久性。 （3）水灰比越小，强度越高，而且耐久性越好，但水灰比过小，则耗用水泥过多，不但提高了成本，而且在混凝土硬化过程中增大了水化热； （4）因此，确定水灰比应分别根据强度和耐久性两方面来考虑： （a）求满足强度要求的水灰比(w/c)1

混凝土的配臵强度公式如下：

fcu,ofcu,k1.5

fcu,o表示混凝土的配置强度；fcu,k表示混凝土的设计强度；表示混凝土强度标准差，可查表

又由P71 公式（5.3）可知，混凝土的配臵强度与水灰比（W/C）的关系为：

fcu,0afce(C/Wb)......(2)

a,b为回归系数，与石子的品种有关；采用碎石时，a0.46,b0.07；

采用卵石时，a0.48,b0.33；fce表示水泥的实测强度，fce1.13fce,gfce,g表示水泥的强度等级； C/W表示混凝土的灰水比；

由上述公式（1）、（2）可求得满足强度

要求的水灰比(w/c)1：

(WC)afce1f......(3)cu,k1.5abfcefce表示水泥的实测强度，fce1.13fce,gfce,g表示水泥的强度等级；C/W表示混凝土的灰水比；a,b为回归系数，与石子的品种有关；采用碎石时，a0.46,b0.07；采用卵石时，a0.48,b0.33；

（b）求满足耐久性要求的水灰比(w/c)2

主要是根据结构的类型以及使用环境，查P84表5.13，可求得该环境下结构的最大水灰比(w/c)2，即为满足耐久性

要求的水灰比； （c）确定水灰比：

从上述步骤可知，既满足强度要求、又满足耐久性要求的水灰比为：

WCMin(W/C)1,(W/C)2 2 确定单位用水量mwo：

单位用水量：是指1m3混凝土中水的用量；

单位用水量主要控制了混凝土拌合物的流动性，而流动性主要以坍落度来表示；

单位用水量的确定：

应根据混凝土施工要求的坍落度（P67表5.10）和已知的粗颗粒的种类以及最大粒径Dmax查P84，表5.14可得。

例：要求设计一混凝土梁，已知粗颗粒为卵石，且最大粒径Dmax=20mm,试求单位用水量？ 解：

思路：应根据混凝土施工要求的坍落

度（P67表5.10）和已知的粗颗粒的种类以及最大粒径Dmax查P84，表5.14可得。

（1）查 P67表5.10，可得梁的坍落度T=（30~50）

(2)查 P84表5.14,可得单位用水量： mwo=180kg/m3.

思考题：如果改为碎石，则单位用水量为多少？为什么两者不同？

mwo=195kg/m3. 3 确定混凝土的单位水泥用量mco: （a）首先根据水灰比的定义：

Wmwommcowo

(W/C)Cmco（b）再根据结构的类型和使用的环境，查P84，表5.13可得混凝土的最小水泥用量；

(c)比较两者大小，取二者的最大值作为单位水泥用量mco

例：要求设计一室内钢筋混凝土梁，已知粗颗粒为卵石，且最大粒径Dmax=20mm,水灰比W/C=0.6，试确定单位水泥用量？ 解：（1）确定单位用水量： 根据混凝土施工要求的坍落度（P67表5.10）和已知的粗颗粒的种类以及最大粒径Dmax查P84，表5.14可得

3）再根据结构的类型和使用的环境， 查P84，表5.13,可得最小水泥用量为

3260kg/m

（4）取（2）、（3）计算结果的较大值 作为我们的单位水泥用量，即300kg/m3 4 确定混凝土的砂率s

主要根据水灰比、骨料的类型（卵石或碎石）以及最大粒径确定； 砂率主要通过查表法确定：

查P85表5.15混凝土砂率选用表。 例：要求设计一室内钢筋混凝土梁，已知粗颗粒为卵石，且最大粒Dmax=20mm,水灰比W/C=0.6，试确定混凝土的砂率？

解：查表5.15可得：

砂率 =（32-37）%，

具体计算时，我们可以取s=35% 5 确定1m混凝土中砂、石的用量mso、

3mgo:两种方法：质量法和体积法

1）质量法：也称表观密度法，就是在计算时，先假定所配臵的混凝土的表观密度为一定值，然后根据水泥、水、砂和石的总质量等于表观密度乘以总体积的原理来求解砂和石的质量，即：

一般m(2350~2480)kg/m3;cpmso100%smsomgo mcomwomsomwomcp1mcp表示混凝土拌合物的表观密度（kg/m3)m=。 wo180kg/m3（2）根据定义确定单位水泥用量：

180mmcowo300kg/m3

(W/C)0.6

kg/m

32）体积法原理：假定混凝土拌合物的总体积（1m)等于各组成材料的绝对体积以及拌合物中所含空气的体积之和.

3mso

 mm100%s sogommwomsomgo co0.011 wsgc

c, w分别表示水泥、水的密度（kg/m3); g分别表示砂、石的表观密度（kg/m3)其中，s, 表示混凝土含气百分数，无外加剂时，1 

通过上述5步，我们求出了单位体积（1m3)混凝土中水泥、水、砂和石的用量分别为：mco、mwo、mso和mgo

于是混凝土的初步配合比为：

水泥、水、砂和石的用量之比为：mco：

mwo：mso，水灰比W/C= mwo ：mco

 从初步配合比的设计步骤来看，许多参数都是通过查表或经验公式求得；

 因此、由初步配合比配臵而成的混凝土拌合物可能达不到和易性和强度的要求；

 故必须进一步调整和确定配合比----即进行所谓的实验室配合比设计。

二 实验室配合比的设计

主要对初步配合比进行和易性的调整及

按初步配合比计算出各组成材料用量，试制15L（或25L）混凝土拌合物，配臵成混凝土拌合物；

测量该拌合物的流动性（坍落度法），并观察拌合物的粘聚性和保水性，如不满足要求，则需进行调整配合比。

在测定混凝土拌和物的和易性时，可能存在以下四种情况： （P98习题5.14）

a）流动性比要求的小：

调整办法：保持W/C不变，增大水、水泥用量；

b）流动性比要求的大：

调整办法：保持砂率不变，增大砂、石用量；

(C)足引起粘聚性和保水性不良时： 调整办法： 单独增加砂的用量，适当增大砂率；

d）砂浆过多引起粘聚性和保水性不良时：

调整办法：单独减少砂的用量，适当降低砂率；

通过实验室反复调整，使混凝土拌合物达到和易性的要求后，测量出拌合物的实际表观密度，再校核该拌合物的强度：

（2）强度的校核：

WW

,0.05分别用 三个水灰比，拌制CC三个混凝土试样，测量其28d的抗压强度值 1,2,3是否满足强度的要求。 强度的验证公式为：

经和易性的调整和强度校核后，可以计算出实验室调整后的1m中各组成材料的用量如下：

（1）测量拌合物的实际表观密度 c,t3ff1.5icu,ocu,k

强度的校核。 （1）和易性的调整：

调整的目的：

a）使和易性满足施工的要求； b）使水灰比满足强度和耐久性的要求；

调整的方法及步骤：

主要考虑到砂、石中含水，设砂的含水 率为a%,石的含水率为b%,则施工配合比

材料的用量(例如求解水泥用量如下）：

为：

*建议不要用书上介绍的校正系数法*

水泥：C’=Csh;

mcbCsh砂： S’=Ssh（1+a%); 石： G’=Gsh（1+b%); mmmm1c,tcbwbsbgb 水： W’=Wsh- Ssh *a%- Gsh *b%； mcb、mwb、msb和mgb表示实验室调整后，水泥、水、砂和石的实际拌合用量； 总结：混凝土配合比设计的基本步骤？ Csh表示实验室调整后，1m3混凝土中水泥的用量；一、基本设计资料的收集；

二、初步配合比的设计： c,t表示实验室调整后混凝土的实测表观密度；

（1）水灰比的确定：从强度和耐久性入同理，实验室调整后，1m3混凝土中水

手； 的用量wsh:

2）单位用水量的确定：查表法（P84表

mwbWsh5.14）； 

（3）确定单位水泥用量；（定义法和查mcbmwbmsbmgb1c,t表5.13） 泥、水、砂和石的实际拌合用量；mcb、mwb、msb和mgb表示实验室调整后，水（4）确定砂率：查表法（P85表5.15）； 31m混凝土中水泥的用量；Csh表示实验室调整后， （5）确定砂石用量：工程中一般用质量c,t表示实验室调整后混凝土的实测表观密度；

法；

同理，实验室调整后，1m3混凝土中石的用

三、实验室配合比的设计：

量Gsh:

（1）和易性的调整：取15L/25L混凝土mgbGsh

拌合物；

mmwbmsbmgb1c,t（2）强度校核； cb mcb、mwb、msb和mgb表示实验室调整后，水泥、水、砂和石的实际拌合用量；四、施工配合比的设计：主要考虑砂、

C表示实验室调整后，

石的含水率； 1m3混凝土中水泥的用量；sh 表示实验室调整后混凝土的实测表观密度；5.5.3 普通混凝土配合比设计实例 c,t[例题] 某室内现浇钢筋混凝土梁，例：P100习题5.3

混凝土设计强度等级为C25，施工要求坍 某混凝土试样试拌调整后，各种材

落度为（35-50）mm，（混凝土由机械搅料的用量分别为：水泥3.1kg,水1.86kg,

拌，机械振捣），该施工单位无历史统砂6.20kg

计资料。 石子12.85kg,实测其表观密度为

原材料情况如下： 2450kg/m3,求1m3混凝土中各种材料的33000kg/m水泥：实测强度45MPa， 密度 c实际用量？

砂子：II区中砂，表观密度 s2650kg/m3解：1m3混凝土中水泥的实际用量Gsh3碎石：最大粒径40mm、表观密度 2700kg/mg为：（同上求Gsh公式） 3水：自然水、 1000kg/mw3为： 试求： （1）混凝土的初步配合比； 1m混凝土中水泥的实际用量GshCsh3.1 （2）调整后，加入5%的水泥浆， 3.11.866.2012.8512450实测表观密度为2432kg/m3，求实验室配课堂练习：请同学们自己求解1m3混凝土中

合比？

水、砂和石的实际用量？

（3）砂子含水率a%=4%,石子含水率

三 施工配合比的设计

(2）计算实验室配合比1m混凝土中各

3b%=1%,求混凝土的施工配合比？ 一、求初步的配合比？ 1 确定水灰比W/C：

从强度和耐久性着手；

（a）求满足强度要求的水灰比（W/C）1 ： 260kg/m3

(c) 比较两者大小，取二者的最大值作为单位用水量: mco=292kg/m3 4 确定混凝土的砂率 主要根据水灰比(0.60)、骨料的类型（碎

(WC)afce1

（fcu,k1.5）abfcefcu,k25MPa;fce,g45MPa;采用碎石，a0.46,b0.07;对C25的混凝土，5.0MPa（b）求满足耐久性要求的水灰比

（W/C）2 ：

主要是根据结构的类型以及使用环境， 查P84表5.13，可求:室内钢筋混凝土梁的最大水灰比（W/C）2=0.65，

即为满足耐久性要求的水灰比； （c）确定水灰比： W CMin(W/C)10.60,(W/C)20.65则取W/C=0.60既满足强度要求、又满足耐久性要求.

2 单位用水量mwo的确定：

单位用水量的确定：

应根据混凝土施工要求的坍落度

（P67表5.10）和已知的粗颗粒的种类以

及最大粒径Dmax查P84，表5.14可得。 本题中：坍落度：（35-50）mm、碎石：Dmax=40mm, 查P84，表5.14可得:Mwo=175kg/m3

3 确定混凝土的单位水泥用量mco: （a）首先根据水灰比的定义： Wmwo Cmmm1753cowoco (W/C)0.60292kg/m

（b）再根据结构的类型(钢筋混凝土梁） 和使用的环境（室内），查P84，表5.13 可得混凝土的最小水泥用量为石）以及最大粒径(40mm),查P85表5.15确定混凝土砂率选用表。 解：

查表5.15可得： 砂率为（33~38）%，

具体计算时，我们可以取 

s =35% 5 确定1m3混凝土中砂、石的用量mso、

mgo:两种方法：质量法和体积法

本题中，混凝土的设计强度为C25，

则可以假定1m3混凝土的表观密度为：

mcp2400kg/m3已求得砂率  s =35%，

mso mm100%35% sogo292175msomgo24001  砂：m3so677kg/m 3 石：mgo1256kg/m 另外也可通过体积法确定砂、石单位体积用量；

下面用体积法确定砂、石的单位体积用

量：



292175msomgo0.0111 3000100026502700 mso mm100%35%sogo 砂：m3so680kg/m 

石：m3go1260kg/m

* 实际工程中以常采用质量法确定砂石用量；

混凝土的初步配合比为：

用1m混凝土各组成材料的质量来表示，本题中，水泥：292kg, 水：175kg,砂子:677kg,石子:1256kg;

或以各种组成材料用量的比例来表示： 34）强度校核：

分别用 0.55、0.60、0.65 三个水灰比，拌制三个混凝土试样，测量其28d的抗压强度值 ，实验可得W/C=0.60满足强度要求。

水泥：砂：石=1：2.32：4.30，水灰比为0.60，其中水泥为300kg

问题二、调整后，加入5%的水泥浆，实测表观密度为2432kg/m3，求实验室配合比？

1）按初步配合比计算出各组成材料用量，试制25L混凝土拌合物，配臵成混凝土拌合物；测量拌合物的流动性（坍落度法），并观察拌合物的粘聚性和保水性；本题不满足流动性要求。 （2）调整方法：

保持水灰比不变，加入4%的水泥浆； （3）首先计算出25L混凝土拌合物需要各组分材料的用量：

水泥：25=mco (292):1000 ，得水泥用量：7.3kg;

水 ：25=mwo (175):1000 ，得水用量：4.38kg;

砂 ：25=mso (677):1000 ，得砂用量：16.92kg;

石 ：25=mgo (1256):1000 ，得石用量：31.4kg;

调整流动性的方法：保持水灰比不变，加入5%的水泥浆调整后各材料用量如下：

水泥

mcb：7.3（1+5%）=7.67kg; 水mwb： 4.38（1+5%）=4.6kg; 砂msb：16.92kg; 石

mgb：31.4kg;

（5）计算实验室配合比1m3混凝土水

泥的用量： 7.67Csh

7.6716.9231.44.612432Csh308kg Csh表示实验室调整后，1m3混凝土中水泥的用量；

4.6Wsh 7.6716.9231.44.612432 W表示实验室调整后，1m3 sh混凝土中水的用量；

16.92.6716.9231.44.6Ssh 712432 Ssh表示实验室调整后，1m3混凝土中砂的用量；

31.4Gsh 7.6716.9231.44.612432

G3sh表示实验室调整后，1m混凝土中石的用量；（6）实验室配合比为：

水泥Csh：308kg, 水Wsh：185kg, 砂子Ssh:679kg, 石子Gsh:1260kg;

三 、施工配合比的设计：

主要考虑到砂、石中含水，已知砂的含水

率为4%,石的含水率为1%,则施工配合比为：

水泥：C’=Csh=308kg;

砂： S’=Ssh（1+4%)=706kg; 石： G’=Gsh（1+1%)=1273kg;

水： W’=Wsh- Ssh a%- Gsh b%=143kg；

思考题：掺减水剂的普通混凝土配合比如何设计？

例：其他已知条件本章例题，掺入2%的某减水剂，可在保持坍落度不变的情况下减水15%，要求掺入后保持混凝土的强度和坍落度不变，试确定水灰比？ 思路：

初步配合比、实验室配合比的设计同前；调整实验室配合比中的用水量和水泥用量（保持W/C不变）,再根据假定表观密度求相应的砂、石用量；调整相应的施工配合比。 解：

（1）初步配合比、实验室配合比同前 （ 2）原实验室配合比（1m3混凝土）为：水泥Csh=308kg， 水 Wsh=185kg， 砂 Ssh=679kg， 石 Gsh=1260kg （3）加入减水剂后，减水15%，从而需要调整水和水泥的用量（保持 W/C不变）：

水：W’sh=Wsh(1-15%)=157.25kg; 水泥：Csh’=Csh(1-15%) = 251.8kg; （4）再通过假定表观密度法求出相应砂、石用量； （5）以下各步与普通混凝土的配合比的设计相同；

思考：掺入减水剂有什么作用？ （1）节约了水泥用量； （2）提高了混凝土强度；

5.6 其他品种混凝土

5.6.1 高强混凝土 通常将强度等级达到C60和超过C60的混凝土称为高强混凝土； 超高强混凝土：指的是强度等级超过C100的混凝土； 应用：

主要用于混凝土桩基、预应力枕轨、桥梁、输水管等；

5.6.2 轻混凝土： 1）轻骨料混凝土；（2）多孔、大孔混凝土；

（1）轻骨料混凝土：

定义： 由轻粗骨料、轻细骨料（或普通砂）、水泥和水配制而成的混凝土；

（2） 多孔混凝土：

定义：指的是一种内部均匀分布细小气孔 而无骨料的混凝土，主要用于屋面、墙体材料；

3）大孔混凝土： 定义：

大孔混凝土是以粒径相似的粗骨料、水泥、水配制而成的混凝土。由于无细骨料，所以在混凝土中形成许多大孔。

应用：

主要用于非承重的墙体材料 5.6.3 防水混凝土（抗渗透混凝土）

定义： 是依靠材料本身的疏水性以及密实度来达到防水效果的一种混凝土；

应用： 主要用于有防水、防渗透要求的水工构筑，给排水构筑物（如水池、水塔等） 5.6.4 聚合物混凝土：

在混凝土组成材料中掺入聚合物（如天然橡胶乳

液、合成树脂等）的混凝土，统称聚合物混凝土；

5.6.5 纤维混凝土：

定义： 以普通混凝土为基材，将短切分散性

纤维（钢纤维、玻璃纤维和碳纤维等）均匀地撒

在普通混凝土中制成的混凝土；

主要应用：路面、飞机跑道、桥面等；

a5 m5500